| 【発明の名称】 |
圧電発振器 |
| 【発明者】 |
【氏名】珎道 幸治
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| 【要約】 |
【課題】所定のエージング特性をもつ圧電発振器を構成するために、水晶振動子と発振増幅用トランジスタを含む発振回路のほかに、増幅回路用と整流回路用とにトランジスタ各１個を必要とし、その他に整流用のダイオードを用いる回路構成となっており、回路が複雑で小型化、低コスト化の妨げとなっている。
【解決手段】発振回路１は水晶振動子Ｘ１、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３により形成される発振ループと、発振用のトランジスタＱ１とで構成されるピアース型発振回路とし、前記発振用トランジスタＱ１のエミッタと共通の電位のエミッタをもつトランジスタＱ２によるベース接地型の増幅回路２で発振回路出力を増幅する。このトランジスタＱ２のコレクタ信号を、前記発振回路１のコンデンサＣ１と水晶振動子Ｘ１の直列回路の接続中点に帰還することによって前記水晶振動子Ｘ１の励振レベルを抑圧制御する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と発振用トランジスタを含むピアース型発振回路と、前記発振用トランジスタのエミッタ電位と共通のエミッタ電位をもつベース接地型トランジスタ増幅回路を備え、前記ベース接地型トランジスタ増幅回路のコレクタ信号を前記ピアース型発振回路の発振ループ回路に帰還用コンデンサを介して帰還するよう構成したことを特徴とする圧電発振器。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電発振器に関し、特に、経時変化に対し優れた周波数安定度を有する圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、通信機器やＯＡ機器等の基準の周波数信号源として水晶発振器が広く用いられている。
この水晶発振器は、経時変化に対し優れた周波数安定度を有する回路構成とするため、例えば、水晶振動子と発振用トランジスタで発振回路を構成し、その出力を整流回路を利用して帰還するＡＧＣ回路を構成し、水晶振動子の励振信号を所定の低レベルに保つように制御することによって優れたエージング特性を得るのが一般的である。
しかし、発振回路の水晶振動子の励振信号を低レベルに保ちながら動作させるとき、出力信号の雑音特性が悪化してしまうという不具合が生じる。
【０００３】
即ち、周知のように、良好な水晶発振器のエージング特性を得るために、極力、低レベルの励振電流に保つように回路を構成すると、その結果必然的に前記トランジスタのコレクタ電流が小さくなる。このとき、図３のトランジスタのコレクタ電流と雑音指数との関係の一例を示す図のように、コレクタ電流を極めて小さな値（図中のａ点）に設定した場合、トランジスタの雑音指数は極めて高い状態であると共に、ＡＧＣ機能により更に該コレクタ電流が減少すると、雑音指数がより高い方向に急激に移行し、その結果、水晶発振器の雑音特性を悪化させてしまうということが知られている。従って、上記のような構成の水晶発振器では、エージング特性を優先するよう励振電流を低く設定すると、雑音特性を犠牲にしなければならなった。
【０００４】
上記問題の解決の手段として、特開２０００−２５２７４９号公報に開示されている圧電発振器ある。
図４は、前記特開２０００−２５２７４９号公報に示されている圧電発振器の回路構成図である。同図に示すように、この水晶発振器２０は、発振回路１１と、増幅回路１２と、整流回路１３とを備える。
前記発振回路１１は、トリマコンデンサＣ１１、コンデンサＣ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、水晶振動子Ｘ１１およびトランジスタＱ１１から成る一般的なコルピッツ型の発振回路であり、水晶振動子Ｘ１１の一端をトランジスタＱ１１のベースに接続し、該トランジスタＱ１１のベースとエミッタ間をコンデンサＣ１３を介して接続し、エミッタ回路をコンデンサＣ１４と抵抗Ｒ１３との並列回路を介して接地すると共に、ベースと電源Ｖｃｃ間に抵抗Ｒ１１、ベースと接地間に抵抗Ｒ１２を、それぞれ接続する。
そして、水晶振動子Ｘ１１の他端は、コンデンサＣ１２とトリマーコンデンサＣ１１との直列回路を介し接地するように構成したものである。
【０００５】
また、前記増幅回路１２は、コンデンサＣ１５、抵抗Ｒ１４及びトランジスタＱ１２から成り、トランジスタＱ１２のベースをコンデンサＣ１５を介して接地し、コレクタと電源Ｖｃｃとを抵抗Ｒ１４を介して接続すると共に、トランジスタＱ１２のエミッタを前記発振回路１１のトランジスタＱ１１のコレクタに接続するように構成したものである。
【０００６】
さらに、前記整流回路１３は、コンデンサＣ１６、Ｃ１７、抵抗Ｒ１５、Ｒ１６、トランジスタＱ１３及びダイオードＤ１１から成り、トランジスタＱ１３のコレクタと電源Ｖｃｃ間を抵抗Ｒ１５を介して接続し、エミッタと接地間は抵抗Ｒ１６を介し、また、ベースと接地間はダイオードＤ１１を介して、それぞれ接続する。そして、トランジスタＱ１３のベースと前記増幅回路１２のトランジスタＱ１２のコレクタとをコンデンサＣ１６を介して接続すると共に、前記トランジスタＱ１３のコレクタと前記増幅回路１２のトランジスタＱ１２のベースとを接続するように構成したものである。コンデンサＣ１７はバイパスコンデンサである。
尚、本水晶発振器２０の出力は、発振回路１１の前記トリマコンデンサＣ１１の両端から、バッファアンプＩＣ１１を介して取り出されるる。
【０００７】
上記構成の水晶発振器２０の動作は次のとおりである。前記発振回路１１は、先述のように一般的なコルビッツ型発振回路であるので、その発振動作の説明は省略する。
前記発振回路１１のトランジスタＱ１１は、前記増幅回路１２のトランジスタＱ１２とカスケード接続の構成にしたものであって、前記トランジスタＱ１１のコレクタ電流の値は、前記トランジスタＱ１２のコレクタ電流の設定値にのみ依存するので、トランジスタＱ１１のベース電流による影響を受けることなく広範囲の設定条件によりその値を決定することが可能である。
【０００８】
そして、前記発振回路１１の設定条件に基づき前記トランジスタＱ１１のコレクタより出力された所望の周波数信号は、コンデンサＣ１６を介して整流回路１３のトランジスタＱ１３のベース回路に供給される。このベース回路においては、前記ダイオードＤ１１によって、この信号のプラス側半サイクルの信号成分のみが直流信号化され、前記トランジスタＱ１２のベースに帰還供給されるよう動作する。
【０００９】
そのため、前記発振回路１１の出力信号のレベルが上昇した場合、前記トランジスタＱ１３の出力が入力に対して位相が逆転することにより、前記整流回路１３より前記トランジスタＱ１２のベースに供給される直流電圧が降下し、さらに、このベース電位の降下と共にトランジスタＱ１２のコレクタ電圧が降下する。
予め、前記トランジスタＱ１２の動作点を飽和領域近傍であって、信号の一部が飽和領域に達するように設定しておくことによって、前記トランジスタＱ１２のコレクタ電圧の降下に伴い前記トランジスタＱ１１の動作点が飽和領域に近づくため、励振レベルが低下する。
一方、前記発振回路１１の出力信号のレベルが低下した場合は、上記説明の動作と逆の動作であるので、説明を省略する。
【００１０】
上記のように構成することによって、水晶振動子Ｘ１１の励振電流を低レベルに保つように制御しても、トランジスタＱ１１には大きなコレクタ電流を流すことが可能である。
そして、例えば、図３に示すような雑音指数特性を有するトランジスタを用いた場合、雑音が最も小さくなる、図中ｂ点近傍の値となるように、前記トランジスタＱ１１のコレクタ電流を設定すれば、ＡＧＣ機能によってコレクタ電流が変化しても雑音指数の変化量が小さく、急激な雑音特性の悪化は生じない。
【特許文献１】特開２０００−２５２７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の水晶発振器、あるいは上述の特開２０００−２５２７４９号公報に示された水晶発振器においては、水晶振動子と発振用トランジスタを含む発振回路の出力を整流回路を利用してＡＧＣ回路を構成し、水晶振動子の励振信号を低レベルに保つように制御することによって所定のエージング特性を得ている。
そのため、水晶振動子と発振用トランジスタを含む発振回路のほかに、増幅回路用と整流回路用とにトランジスタ各１個を必要とし、その他に整流用のダイオードを用いる回路構成となっており、回路が複雑で小型化、低コスト化の妨げとなっている。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、部品点数の少ない回路構成で、優れた周波数経時変化特性を有する圧電発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１の圧電発振器においては、圧電振動子と発振用トランジスタを含むピアース型発振回路と、前記発振用トランジスタのエミッタ電位と共通のエミッタ電位をもつベース接地型トランジスタ増幅回路を備え、前記ベース接地型トランジスタ増幅回路のコレクタ信号を前記ピアース型発振回路の発振ループ回路に帰還用コンデンサを介して帰還するよう構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧電発振器においては、発振用トランジスタのコレクタ・ベース間にコンデンサと圧電振動子の直列回路を接続したピアース型発振回路と、この発振回路の出力を増幅する前記発振用トランジスタのエミッタ電位と共通の電位のエミッタ回路を有するベース接地型増幅回路とで構成し、前記増幅回路のコレクタ出力信号を前記発振用トランジスタの前記コンデンサ・圧電振動子直列回路の接続中点に、帰還用コンデンサを介して帰還するように構成した。
このため、主たる回路が、水晶振動子と発振用トランジスタを含む発振回路と、増幅用トランジスタ回路のみで構成することができ、部品点数の少ない簡単な構成となる。
さらに、帰還用コンデンサの容量値によって発振回路への帰還量を調整することによって、圧電振動子の励振電流レベルを幅広い範囲に設定できる。
したがって、本発明の圧電発振器によれば、部品数の少ない回路で優れたエージング特性を有する圧電発振器を提供する上で著効を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係わる圧電発振器としての水晶発振器の実施の一形態例を示す電気回路図である。
同図に示すように、本発明の水晶発振器１０は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、発振用トランジスタＱ１及び水晶振動子Ｘ１で構成される発振回路１と、抵抗Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、コンデンサＣ４、及びトランジスタＱ２とで構成される増幅回路２と、コンデンサＣ５、Ｃ６及びバッファアンプＩＣ１とで構成される。
【００１５】
前記発振回路１は次のように構成される。前記発振用トランジスタＱ１のコレクタとベース間に前記コンデンサＣ１と水晶振動子Ｘ１の直列回路を接続し、前記ベースと接地間には前記コンデンサＣ２を接続する。また、電源Ｖｃｃと接地間に接続した前記抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３の直列回路の接続中点を前記発振用トランジスタＱ１のコレクタに接続すると共に、電源Ｖｃｃと接地間に接続した前記抵抗Ｒ１とＲ２の直列回路の接続中点をベースに接続する。前記発振用トランジスタＱ１のエミッタと接地間には前記抵抗Ｒ４を接続する。
【００１６】
前記増幅回路２は次のように構成される。前記トランジスタＱ２のコレクタと電源Ｖｃｃ間に前記抵抗Ｒ５を接続し、電源Ｖｃｃとベース間を前記抵抗Ｒ６を介して接続するとともに、該ベースと接地間は前記抵抗Ｒ７とコンデンサＣ４の並列回路を介して接続する。
前記トランジスタＱ２のエミッタは前記発振用トランジスタＱ１のエミッタに接続され、また、トランジスタＱ２のコレクタは、前記発振回路１のコンデンサＣ１と水晶振動子Ｘ１の直列回路の接続中点に、前記コンデンサＣ５を介して接続される。
尚、前記コンデンサＣ６はバイパスコンデンサであり、また、前記発振用トランジスタＱ１のベースにはバッファアンプＩＣ１が接続される。
【００１７】
上記構成の水晶発振器１０の動作について説明する。前記発振回路１は、前記水晶振動子Ｘ１、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３により形成される発振ループと、発振用トランジスタＱ１とで構成される一般的なピアース型発振回路であり、その動作説明は省略する。
さらに、本発明の特徴的な回路部分として、前記増幅回路２は、前述のように、前記発振用トランジスタＱ１のエミッタと共通の電位のエミッタをもつトランジスタＱ２によるベース接地型の増幅回路を構成し、該トランジスタＱ２のコレクタには発振用トランジスタＱ１のベースとほぼ同位相の電圧信号が得られ、さらに、水晶振動子Ｘ１のコンデンサＣ１との接続側端子には、トランジスラＱ２のコレクタ信号とほぼ逆位相の電圧信号が得られる。
このトランジスタＱ２のコレクタ信号を、前記発振回路１の水晶振動子Ｘ１のコンデンサＣ１との接続側端子に帰還することによって前記水晶振動子Ｘ１の励振レベルを抑圧制御することができる。
【００１８】
即ち、前記発振回路１の出力信号のレベルが高くなると、発振用トランジスタＱ１のエミッタと共通電位の前記増幅回路２のトランジスタＱ２のエミッタ電位が上昇し、このため、トランジスタＱ２のコレクタ信号レベルが上昇する。これに伴って前記発振回路１のコンデンサＣ１と水晶振動子Ｘ１の直列回路の接続中点への帰還量が増加し、水晶振動子Ｘ１の励振レベルを抑圧する。その結果、前記発振回路１の出力信号のレベルが低下する。
ここで、コンデンサＣ５は、その容量値によってトランジスタＱ２のコレクタ信号を帰還するレベルを決定するためのものである。
【００１９】
一方、前記発振回路１の出力信号のレベルが低下した場合は上記で説明した動作と逆の動作であるので、説明を省略する。従って、上記の動作を繰り返し行うことにより、水晶発振器１０は安定なレベル信号を出力する。
本水晶発振器１０の出力信号は、前記バッファアンプＩＣ１より取り出される。
【００２０】
図２は、図１の水晶発振回路１０の各部品定数を次のように設定し、帰還用コンデンサＣ５の容量値を変化させたときの水晶振動子Ｘ１の励振電流の抑圧特性をコンデンサＣ１の値をパラメータとして示した図で、（ａ）は回路定数を記した回路図、（ｂ）は特性図である。
Ｃ２＝１００ｐＦ、Ｃ３＝１５０ｐＦ、Ｃ４＝１０,０００ｐＦ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ６、Ｒ７＝１０ｋΩ、Ｒ３、Ｒ５＝１ｋΩ、Ｒ４＝３００Ω
Ｑ１、Ｑ２＝２ＳＣ３７３２、Ｘ１＝10ＭＨｚ
同図に示されるように、広い範囲の励振レベルに設定することが可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係わる圧電発振器としての水晶発振器の実施の一形態例を示す電気回路図。
【図２】図１の水晶発振回路における、帰還用コンデンサＣ５の容量値を変化させたときの水晶振動子Ｘ１の励振電流（ＩＸ）の抑圧特性を、コンデンサＣ１の値をパラメータとして示した図。
【図３】トランジスタのコレクタ電流と雑音指数との関係を示す図
【図４】特開２０００−２５２７４９号公報に示された水晶発振器の回路構成図。
【符号の説明】
【００２２】
１・・発振回路、２・・増幅回路、１０・・水晶発振器、１１・・発振回路、
１２・・増幅回路、１３・・整流回路、２０・・水晶発振器、
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４Ｃ５、Ｃ６、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５、Ｃ１６、Ｃ１７・・コンデンサ、
Ｃ１１・・トリマコンデンサ、Ｄ１１・・ダイオード、ＩＣ１・・バッファアンプ、
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ１３・・トランジスタ、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６・・抵抗、
Ｘ１、Ｘ１１・・水晶振動子、
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３１０４
【氏名又は名称】エプソントヨコム株式会社
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| 【出願日】 |
平成１７年７月２１日（２００５．７．２１） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００７−２８５０４（Ｐ２００７−２８５０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１９年２月１日（２００７．２．１） |
| 【出願番号】 |
特願２００５−２１１２６９（Ｐ２００５−２１１２６９） |
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